Модификация гормональных функций и способности к адаптации самок крыс после пренатального стресса

Одним из актуальных направлений современной физиологии и медицины является выявление факторов, определяющих индивидуальную предрасположенность к возникновению различных заболеваний. В этом отношении особое место занимает проблема психоэмоциональных стрессов, испытываемых матерями в период беременности и сопровождающихся гиперкортицизмом. У потомков таких матерей уже в подростковом возрасте проявляются признаки психических расстройств, усиливающихся с возрастом [Talge et al., 2007; Van den Bergh et al., 2008; Vrekoussis et al., 2010].

Многочисленными экспериментальными исследованиями на животных было показано, что стрессорные воздействия в течение беременности не только перестраивают функционирование системы мать-плод [Mairesse et al., 2007], влияют на процессы созревания мозговых структур [Martinez-Tellez et al., 2009; Jia et al., 2010; Weinstock, 2007] и способность к обучению у потомков стрессированных матерей [Ватаева и др., 2004; Hosseini-Sharifabad and Hadinedoushan, 2007], но и увеличивают риск развития таких психопатологий как тревога и депрессия, а также сужают диапазон адаптивных возможностей организма, изменяя чувствительность к острым и хроническим стрессам различной модальности [Ордян и Пивина, 2003; Abe et al., 2007; Maccari and Morley-Fletcher, 2007; Mastorsci et al., 2009; Mikhailenko et al., 2010; Weinstock, 2007]. В этом отношении наиболее изученными являются эффекты пренатального стресса у особей мужского пола, тогда как его влияние на женский организм исследовано недостаточно.

Показано также, что животные, рожденные от матерей, подвергавшихся стрессорным воздействиям в последнюю треть беременности, демонстрируют изменения в игровом поведении в ювенильном возрасте и дефицит социального поведения в половозрелом возрасте [Frye and Oreck, 2004; Lee et al., 2007; Takahashi et al., 1992] наряду с увеличением уровня тревожности, выраженной депрессивностью поведения и нарушениями в, гормональной сфере, как в период полового созревания, так и в последующей жизни [Ордян и Пивина, 2003; Gotz et al., 2008; Weinstock, 2007]. Вероятнее всего, пренатально стрессированные животные обладают и измененной реактивностью к социальному стрессу, однако этот вопрос изучен не был.

В литературе имеются указания на то, что стрессирование беременных самок, особенно в последнюю треть гестации, вызывает у их взрослых потомков женского пола выраженную модификацию активности нейроэндокринных систем и, прежде всего, гипофиз-адренокортикальной (ГАС) системы, с изменением не только ее функциональной активности, но и чувствительности к регуляторным сигналам во всех звеньях [Ордян и Пивина, 2003; Bosch et al., 2007; Darnaudery and Maccari, 2008; Koehl et al, 1999; Weinstock 5 et al., 1992]. Тот факт, что пренатально стрессированные животные уже в молодом возрасте демонстрируют нарушение гормональных функций, свидетельствует о возможном усугублении с возрастом последствий стрессов, перенесенных на ранних этапах онтогенеза. Однако этот вопрос практически не исследован.

В течение жизни эндокринная система женского организма подвергается глубоким изменениям. Возрастные перестройки касаются не только ГАС, активность которой обуславливает способность адаптироваться к изменяющимся условиям внешней среды, но и другой важнейшей гормональной оси — гипофиз-гонады, снижение активности которой определяет постепенную потерю репродуктивных функций" [Wise, 1991; Wu et al., 2005]. В работе Herrenkohl [Herrenkohl, 1986] было показано, что молодые пренатально стрессированные самки демонстрируют снижение репродуктивных способностей. Тем не менее, влияние пренатального стресса на состояние гипофиз-овариальной системы и ее возрастные перестройки не изучалось.

Установлено также, что пренатальный стресс оказывает выраженное негативное влияние на функциональную активность различных нейромедиаторных систем [Carboni et al., 2010; Peters, 1988; Takahashi, 1998]. При этом наибольшие отклонения регистрируются в активности серотонинергической системы [Poland et al., 1995; Hanley, Van de Kar, 2003]. С другой стороны, известно, что серотонин принимает участие практически во всех жизненно важных функциях женского организма и играет важнейшую роль в регуляции многих форм поведения [Rabins, Arciniegas, 2007]. Кроме того, серотонинергическая система оказывает модулирующее влияние на секрецию ряда тропных и периферических гормонов — половые гормоны и кортикостероиды [Wissnik et al., 2001; Rybaczyk et al., 2005]. К настоящему времени обнаружено более 15 типов и подтипов серотониновых рецепторов [Мосолов, 2002]. 5-ITiили 5-ГТ2-подтипы серотониновых рецепторов вызывают наибольший интерес у исследователей в связи с тесной взаимосвязью функциональной активности этих подтипов рецепторов серотонина с симптомами тревоги и депрессии [Bethea et al., 2002]. Можно полагать, что изменение активности серотонинергической системы мозга служит одной из причин для возникновения и развития нарушений в гормональном и поведенческом статусе самок, родившихся от стрессированных матерей.

В связи с вышеизложенным была сформулирована Цель исследования, которая заключалась в изучении последствий хронического психоэмоционального стресса в период внутриутробного развития на гормональные функции, поведение и способность к адаптации самок крыс разных возрастных групп.

Для достижения этой цели были поставлены следующие Задачи:

1. Изучить влияние пренатального стресса на активность гипофизарно-адренокортикальной системы самок в зависимости от возраста животных.

2. Исследовать эффекты пренатального стресса на репродуктивные функции и поведение в новой обстановке самок в зависимости от стадии астрального цикла и возраста животных.

3. Оценить изменение функциональной активности подтипов рецепторов серотонина у пренатально стрессированных самок крыс.

4. Изучить чувствительность к социальным стрессорным воздействиям (содержание в переуплотненных группах или изоляции) пренатально стрессированных самок крыс.

5. Провести сравнительный анализ формирования пострессового патологического состояния в парадигме «стресс-рестресс» у контрольных и пренатально стрессированных животных.

Научная новизна.

Впервые установлено наличие долговременных эффектов пренатального стресса на гормональные функции и поведение самок крыс, зависящих от возраста животных. У молодых пренатально стрессированных самок обнаружена повышенная" чувствительность ГАС к сигналам обратной связи, которая в последующей жизни сменяется потерей эффективность торможения как базальнойтак и стрессорной активности системы по механизму отрицательной, обратной связщ более выраженной, чем у контрольных самок. Показано также, что у пренатально стрессированных самок возрастной паттерн секреции половых стероидных гормонов существенно нарушен, при этом уровень эстрадиола в крови практически не изменяется ни в течение астрального цикла, ни с возрастом животных. Впервые установлены возрастные изменения в поведении в: новой, обстановке пренатально стрессированных самок, которые проявлялись в снижении уровня тревожности по мере старения в отличие от контрольных животных, у которых уровень тревожности с возрастом прогрессивно повышался.

Впервые выявлено влияние пренатального стресса на функциональную активность центральных 5-ГТ2Л/2С — подтипов рецепторов серотонина, которая была снижена у пренатально стрессированных самок в стадию эструса. Тогда как активность 5-ГТ1А — подтипа рецепторов не изменялась в различные стадии эстрального цикла, что коррелировало с отсутствием циклического колебания уровня эстрадиола в крови пренатально стрессированных животных.

Впервые изучена чувствительность к социальному стрессу, вызванному содержанием в период пубертата в изоляции или переуплотенных группах, пренатально стрессированных самок крыс. При этом пренатально стрессированные животные демонстрировали большую чувствительность к содержанию в переуплотненных группах, чем в изоляции.

Впервые установлено, что в парадигме «стресс-рестресс» как контрольные, так и пренатально стрессированные самки крыс формируют патологическое состояние, проявления которого в виде длительно сохраняющейся повышенной тревожности и наличия патологического торможения активности ГАС соответствует признакам посттравматического стрессового расстройства (ПТСР) у людей. Однако если у контрольных животных развитие патологического состояния идет по тревожному типу, то у пренатально стрессированных самок помимо высокой тревожности наблюдается и усиление депрессивноподобного поведения, которое устраняется хроническим введением антагониста 5-ГТ2А/2С — подтипа рецепторов серотонина кетансерина. Основные положения, выносимые на защиту.

1. Стрессирование беременных самок крыс в последнюю треть гестации оказывает долговременные эффекты на гормональные функции и поведение в новой обстановке их потомков женского пола. Направленность изменений в гормональной сфере и поведении зависят от возраста животных.

2. Пренатальный стресс снижает функциональную активность 5-ГТ2А/2С — подтипов рецепторов серотонина и приводит к отсутствию зависимости активности 5-ГТ1Д — подтипа рецепторов от стадии эстрального цикла, что, по всей видимости, обусловлено исчезновением циклического колебания уровня эстрадиола.

3. Пренатальный стресс изменяет чувствительность самок крыс к социальному стрессу, вызванному содержанием в период пубертата в переуплотненных группах или в изоляции.

4. В модели «стресс-рестресс», являющегося аналогом ПТСР у людей, пренатально стрессированные самки формируют патологическое состояние, проявляющееся в увеличении тревожности, усилении депрессивноподобного поведения, а также в характерных нарушениях регуляции гипофиз-адренокортикальной системы. Данная патология сопровождается сенситизацией 5-НТ2-подтипа рецепторов серотонина.

Теоретическая и практическая значимость. Полученные в работе результаты расширяют теоретическое представление о модифицирующем влиянии психоэмоциональных стрессорных воздействий в период беременности на активность гипофиз-адренокортикальной и гипофиз-овариальной систем потомков женского пола. Важное практическое значение имеет выявленная повышенная чувствительность пренатально стрессированных самок к социальному стрессу, вызванному содержанием в период пубертата в переуплотненных группах, а также более глубокие психоэмоциональные нарушения у этих животных вследствие тяжелых повреждающих стрессовых воздействий. Эти результаты следует учитывать при прогнозировании неблагоприятных последствий пренатального стресса на женский организм, а также использовать их с целью ранней диагностики психофизиологических расстройств.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на на международных и всероссийских конференциях: Межинститутской конференции молодых ученых, посвященной 100-летию акад. В. Н. Черниговского «Механизмы регуляции и взаимодействия физиологических систем организма человека и животных в процессах приспособления к условиям среды» (Санкт-Петербург-Колтуши, 2007), Всероссийском симпозиуме с международным участием «Гормональные механизмы адаптации» (Санкт-Петербург, 2007), Одиннадцатой медико-биологической конференции молодых ученых «Человек и его здоровье» (Санкт-Петербург, 2008), Межвузовской конференции молодых ученых «Герценовские чтения» (Санкт-Петербург, 2009), Двенадцатой медико-биологической конференции молодых ученых «Человек и его здоровье» (Санкт-Петербург, 2009),* Международной научной конференции «Физиология развития человека» (Москва^ 2009), European Neuropsychopharmocology Congress (Istanbul, Turkey 2009), VIII Всероссийской конференции «Нейроэндокринология-2010 (Санкт-Петербург, 2010), 5-й Международной конференции «Биологические основы индивидуальной чувствительности* к психотропным средствам» (Москва, 2010), XXI съезде физиологического общества им. И. П. Павлова (Москва-Калуга, 2010).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 4 статьи в журналах, включенных в перечень ВАК РФ.

выводы.

1. Влияние пренатального стресса на гормональные функции гипофизарно-адренокортикальной системы самок крыс зависит от возраста животных. Если у молодых пренатально стрессированных самок чувствительность гипофизарно-адренокортикальной системы к сигналам обратной связи повышена, то у старых животных эффективность торможения как базальной, так и стрессорной активности системы по механизму отрицательной обратной связи снижена.

2. Пренатальный стресс вызывает значительную модификацию функционального состояния гипофизарно-овариальной системы у самок крыс. У пренатально стрессированных молодых самок содержание прогестерона в крови повышено в стадию диэструс, а эстрадиола понижено в стадию эструс, и уровень эстрадиола не меняется в зависимости от стадии цикла. Возрастные изменения в уровне эстрадиола и состояния репродуктивных органов раньше проявляются у пренатально стрессированных животных, чем у контрольных самок.

3. Проявлением действия пренатального стресса на поведение самок в новой среде является снижение двигательной активности и увеличение уровня тревожности в стадию эструс. Пренатально стрессированные животные характеризуются также отсутствием различий в уровне активности на разных стадиях эстрального цикла. Возрастные изменения поведения у пренатально стрессированных самок проявляется в снижении, а у контрольных животных в повышении уровня тревожности.

4. После пренатального стресса у самок крыс активность центральных 5-ГТгА/сподтипов рецепторов серотонина в стадию эструс снижена. Активность 5-ГТ1Д — подтипа рецепторов у пренатально стрессированных животных не изменяется. Вместе с тем воздействие стресса в пренатальный период развития приводит к нивелированию различий в< активности этих рецепторов на разных стадиях эстрального цикла.

5. Пренатально стрессированные животные проявляют большую чувствительность к социальному стрессу, вызванному содержанием в переуплотненных группах в период пубертата, что проявляется в повышении базального уровня кортикостерона, нарушении длительности эстрального цикла и его отдельных стадий. При этом, находясь в изоляции, пренатально стрессированные самки демонстрируют более адаптивную реакцию по сравнению с контрольными животными, о чем свидетельствует не только сокращение общей длительности астрального цикла, но и увеличение продолжительности эструса, что увеличивает вероятность наступления беременности.

6. В парадигме «стресс-рестресс» как контрольные, так и пренатально стрессированные самки крыс формируют патологическое состояние, проявляющееся в виде длительно сохраняющейся повышенной тревожности и патологического торможения активности гипофизарно-адренокортикальной системы. У контрольных животных развитие патологического состояния идет по тревожному типу, тогда как у пренатально стрессированных самок помимо высокой тревожности наблюдается усиление депрессивноподобного поведения, которое устраняется хроническим введением кетансерина — антагониста 5-ГТ2А/2С — подтипа рецепторов серотонина.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Несмотря на многолетнюю историю изучения последствий психоэмоциональных стрессов матери на физиологические функции их потомков многие вопросы остаются открытыми. Наибольший интерес исследователей проблемы пренатально стресса вызывали те нарушения в i поведении и гормональных функциях, которые возникали у особей мужск’ого пола, что было обусловлено открытием Ward [1972] феминизирующего действия пренатального стресса на поведение крыс самцов. При этом исследования последствий пренатального стресса у особей женского пола систематически не проводились. Мы попытались восполнить пробелы в понимании влияния пренатального стресса на женский организм и провели исследование этого вопроса в модельных экспериментах на самках крыс.

Наши исследования убедительно продемонстрировали, что психоэмоциональный стресс беременных самок крыс в последнюю треть гестации вызывает у их потомков длительные перестройки функций таких гормональных систем как гипофиз-надпочечники и гипофиз-гонады. Причем направленность этих перестроек зависела от возраста животных. Так, у молодых пренатально стрессированных самок обнаружена повышенная базальная активность ГАС, усиленная чувствительность этой системы к сигналам отрицательной обратной связи, которая по мере старения животных снижалась более значительно, чем у контрольных самок. Подобное изменение регуляторных механизмов ГАС с возрастом является неблагоприятным, учитывая дезадаптивное действие длительно. повышенных глюкокортикоидов в крови на многие важнейшие функции организма и, в том числе, нейротоксические эффекты этих гормонов.

Нарушение функционирования в результате пренатального стресса выявлено нами и в отношении другой гормональной системы — гипофиз-овариальной. Здесь изменения в основном касались уровня эстрадиола, флуктуации которого у этих животных отсутствовали как в зависимости от стадии эстрального цикла, так и в зависимости от возраста животных. При этом состояние молодых пренатально стрессированных самок можно определить как гипоэстрогению. Эстрогенам принадлежит важнейшая роль в регуляции жизненно важных функций женского организма и не только репродуктивных.

Его колебания в течение полового цикла определяют психоэмоциональное состояние, влияют на активность различных нейромедиаторных систем головного мозга, метаболизм в тканях и др. Именно с гипоэстрогенией мы связываем изменение активности серотонинергической системы головного мозга пренатально стрессированных самок и, в частности, функционирования 5-TTia — и 5-ГТ2А/с ¦ подтипов рецепторов серотонина.

Кроме того, эстрогены оказывают протективный эффект при нейродегенеративных.

100 заболеваниях. Сниженный уровень эстрогенов в ключевые фазы полового цикла может негативно сказываться не только на состоянии репродуктивных органов, что и было обнаружено нами в отношении гистологической структуры матки, но и снижать способность к воспроизводству, а также увеличивать риск возникновения различных психопатологий. Не случайно в наших исследованиях выявлено существенное влияние пренатального стресса на возрастной паттерн поведенческих реакций в незнакомой обстановке у самок, а в парадигме «стресс-рестресс», являющегося аналогом ПТСР людей, эти крысы формировали отличное от контрольных животных патологическое состояние, которое характеризовалось не только усилением торможения ГАС по механизму отрицательной обратной связи и увеличением уровня тревожности, но и выраженной депрессивностью поведения.

Последствия пренатального стресса у самок проявлялись и в их чувствительности к социальным стрессам в период полового созревания, наиболее уязвимого в отношении развития психопатологий у людей. Показано, что у крыс социальный стресс, вызванный изоляцией или социальной нестабильностью, оказывает значительное влияние на поведение, гормональный статус, стрессорную реактивность и репродуктивные функции, а наибольший эффект социального стресса наблюдается, когда такого рода воздействию животные подвергаются в период полового созревания. Наши исследования показали, что пренатальный стресс может являться тем фактором, который изменяет чувствительность самок крыс к социальному стрессу. При этом в условиях переуплотненной группы пренатально стрессированные животные демонстрируют более высокую степень дезадаптации по сравнению с контрольными животными.

В целом можно заключить, что пренатальный стресс у самок крыс вызывает многочисленные изменения в гормональном статусе и поведенческих реакциях, многие из которых являются неблагоприятными и могут существенно снижать способность к адаптации таких животных к неблагоприятным факторам окружающей среды.